马铃薯（SolanumtuberosumL．）全基因组水平上LTR-逆转座子的鉴定与进化分析

LTR-逆转座子是构成基因组特别是植物基因组的重要组分。它们在寄主基因组的进化过程中起到重要作用。马铃薯是重要的经济作物和粮食作物,其全基因组序列的公布为进一步研究其遗传组成和演化提供了基础。本文以马铃薯全基因组序列为材料,用结构分析和同源比对的方法分离得到9318个完整的LTR_逆转座子,7281个非完整（trtmcated）LTR-逆转座子元件和3657个soloLTR元件。进一步研究表明,gypsy类转座子在距今两百万年（millionyearsago,MYA）时转座活性被抑制,而copia类元件活跃至今。马铃薯和番茄比较基因组学的研究表明,LTR-逆转座子序列变异率为18．73％,远高于基因序列的7．37％和CDS序列的5．01％。     

核基质结合区的研究进展

核基质结合区是真核生物染色质中可以与核基质结合的一段ＤＮＡ序列。它能使染色质形成环状结构,还可以作ＤＮＡ复制的起始点或调控基因的转录。在基因工程研究中发现,用ＭＡＲ构建载体能够提高外源基因的整体表达水平,并增强外源基因表达的稳定性。深入了解ＭＡＲ的性质,功能等特点对克服遗传操作中常出现的外源基因失活现象有重要的理论与应用意义。本文就ＭＡＲ的分离,结构功能特征及在植物基因工程中的应用等几个方面进行了     

家蚕杆状病毒bro-d基因缺失对病毒基因转录和细胞凋亡的影响

家蚕核型多角体病毒(Bombyx mori nucleopolyhedrovirus,BmNPV)bro (baculovirus repeated ORF)-d基因普遍存在于多种感染鳞翅目昆虫的多角体病毒基因组中,是杆状病毒中一类重复开放阅读框序列.为了解bro-d基因在病毒感染过程中的作用及其与宿主细胞凋亡之间的关系,本研究利用Red重组技术敲除BmNPV基因组中的bro-d基因,构建基因缺失型病毒bro-d-ko-Bacmid,并将该缺失型病毒转染家蚕BmN细胞,利用qRT-PCR技术检测bro-d基因的缺失对病毒基因组复制、转录水平以及抑制凋亡蛋白2基因(inhibitor of apoptosis protein 2,iap2)的影响.结果显示,bro-d基因缺失后会导致病毒基因组的复制水平显著下降(P＜0.05),同时病毒的早期基因lef-3、晚期基因vp39和极晚期基因p1O的转录水平也都显著下降(P＜0.05);iap2的转录水平显著下调(P＜0.05).在bro-d基因缺失型病毒的复制水平明显低于野生型病毒的情况下,仍会导致细胞活力显著下降(P＜0.05);bro-d基因缺失引起细胞B淋巴细胞瘤-2(B-celllymphoma-2,Bcl-2)蛋白含量明显低于野生型病毒,而Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2 assaciated X protein,Bax)含量显著高于野生型病毒(P＜0.05),进而导致细胞凋亡水平上升.结果表明,bro-d基因不仅对病毒各时期基因表达水平具有调控作用,也可通过调控iap2的表达进而调控宿主细胞的凋亡水平.研究成果为深入了解bro-d基因在病毒感染过程中的功能提供了基础资料,也为通过延长宿主细胞寿命、提高目的蛋白表达产量来进行杆状病毒表达载体的改造提供了新思路.     

412元件插入引起的棒眼果蝇杂交后代scarlet基因突变分析

设计了6对引物对棒眼果蝇(Drosophilamelanogaster)Bar与野生型果蝇杂交所产生的亮红眼突变型果蝇stbr的scarlet基因进行了测序,结果在scarlet基因的第4外显子检测到了1个7.5kb的插入,进一步的测序证实此7.5kb插入为逆转座子412元件。在对棒眼果蝇和从日本引进的眼色突变品系st1果蝇的scarlet基因测序分析时也都检测到了412元件的插入,不同的是棒眼果蝇scarlet基因中412插入呈杂合型。对所有的412插入位点分析时发现,stbr果蝇的412元件以与scarlet基因转录一致的方向插入到了其第4外显子的1612th￣1613thbp之间,且412元件的5′长末端重复LTR区发生了450bp的缺失;st1果蝇的412元件则以与scarlet基因转录相反的方向插入到了其第4外显子的1722nd￣1723rdbp之间。     

Analysis of a 412 insertion mutation at scarlet locus of outcross progeny of Bar fly

设计了6对引物对本实验室由棒眼果蝇Bar与野生型果蝇杂交所产生的亮红眼突变型果蝇stbr的scarlet基因进行了测序，结果在scarlet基因的第4外显子检测到了一个7.5kb的插入，进一步的测序证实此7.5kb插入为逆转座子412元件。在对棒眼果蝇和从日本引进的眼色突变品系st1果蝇的scarlet基因测序分析时也都检测到了412元件的插入，不同的是棒眼果蝇scarlet基因中412插入呈杂合型。对所有的412插入位点分析时发现，stbr果蝇的412元件以与scarlet基因转录方向一致的方向插入到了其第4外显子的1612thbp-1613thbp之间，且412元件的5´长末端重复LTR区发生了450bp的缺失；st1果蝇的412元件则以与scarlet基因转录相反的方向插入到了其第4外显子的1722ndbp-1723rdbp之间     

毛竹LTR反转录转座子PHRE8的鉴定与转录模式分析

LTR反转录转座子是植物基因组中重要的组成部分,可作为遗传工具在生物学研究上发挥重要作用。为探究毛竹中具有潜在活性的LTR反转录转座子,解析LTR反转录转座子转座激活机制,本研究从毛竹基因组中克隆1条典型的LTR反转录转座子序列,命名为PHRE8,系统地分析了PHRE8的结构特征、插入特性和进化关系,并利用荧光定量PCR检测PHRE8在DNA甲基化抑制剂(5-氮杂胞苷)、辐射、高温、低温、高盐逆境胁迫下的转录水平。结果表明,PHRE8属于Ty3-gypsy超家族,全长 5 296 bp,具有完整的GAG与POL结构域,插入时间约为123.07万年,是具有理论潜在活性的转座子;在不同胁迫处理下,与野生实生苗相比,PHRE8的相对表达量均有所增加,猜测PHRE8在不同胁迫条件下,会激发其转录活性,影响宿主基因组结构和基因表达模式的变化,以适应外界环境改变。本研究结果为进一步探究毛竹基因组中活性转座子的功能奠定了一定的理论基础。     

micrcRNA在植物生长发育中的作用

microRNA(miRNA)是一类长度约为21-27核苷酸的小分子非编码RNA,广泛存在于真核生物中.它在转录后水平负调控靶基因的表达,因而在植物生长发育过程中发挥重要作用.miRNA的靶基因通常是调控植物生长发育和信号转导通路中的转录因子,表明miRNA处于基因表达调控网络的核心位置.本文综述近年来miRNA在植物生长发育方面的调控作用,探讨在各植物器官中发挥主要作用的miRNA以及有关miRNA的长途运输作用方式.     

甘薯二倍体近缘野生种三裂叶薯MYB转录因子全基因组分析及逆境胁迫响应

MYB是真核生物中一类重要的转录因子,参与调控植物生长发育、初生次生代谢和生物或非生物胁迫响应。为全面解析甘薯基因组MYB转录因子信息,本研究基于甘薯二倍体近缘野生种三裂叶薯的全基因组测序数据,利用多种生物学软件和在线工具对三裂叶薯MYB转录因子的结构域、基因结构、保守基序、染色体定位和系统进化等进行鉴定和分析。利用qRT-PCR检测其中10个R2R3-MYB基因在干旱和盐胁迫下的表达情况。结果表明,在三裂叶薯的全基因组中共鉴定出不均匀分布于15条染色体的160个Itb MYB基因,其中第7号染色体上分布最多(21个基因),第8号染色体上分布最少(6个基因)。根据MYB结构域所含MYB重复个数,160个Itb MYB家族转录因子被分为4类,其中1R类包含36个基因、R2R3类120个基因、3R类4个基因、4R类1个基因。系统进化分析显示,160个Itb MYB聚为18个亚家族,且同一亚家族的Itb MYB转录因子的motif类型和数目相似,但所含外显子和内含子的数目不同。根据拟南芥R2R3-MYB转录因子的分类标准,进一步将三裂叶薯R2R3-MYB类分为30个亚类。qRT-PCR检测结果表明,R2R3-MYB响应干旱和盐胁迫,且不同胁迫时间下不同组织中的表达量存在差异。本试验为进一步研究甘薯MYB转录因子的功能奠定了一定的理论基础。     

基因表达系列分析法(SAGE)的改进及其在植物功能基因组研究中的应用

基因表达系列分析方法(SAGE)是一种新的基因表达分析方法,与基因芯片技术一样具有高通量的特点,可测定特定组织的基因表达水平,在全基因组水平上同时定量检测数万个基因表达模式;可在未知目的基因的前提下,分析来自一个细胞的全部转录本信息;对已知或未知基因表达进行定性和定量分析。目前,虽然在疾病、发育、细胞凋亡、药物筛选等多个领域已有利用SAGE方法进行的研究,但该方法在植物功能基因组研究中的应用相对较少。本文主要综述了该方法在RNA用量、PCR循环次数、SAGE效能和可靠性、标签长度和未知标签分析等方面的改进及其在植物中构建SAGE文库、筛选新基因、基因表达图谱分析等方面的应用,从而为其在植物功能基因组研究中的进一步应用提供理论参考。     

棉花DELLA蛋白基因GhGAI3和GhGAI4启动子的克隆及序列分析

棉纤维是纺织行业的重要原材料。赤霉素能够促进棉纤维的生长发育,而DELLA蛋白又是赤霉素信号转导通路中的关键调控因子,因此研究棉花DELLA蛋白基因表达的调控模式,对阐明棉纤维生长发育的分子生物学机理具有重要意义。本研究根据两个棉花DELLA蛋白基因GhGAI3和GhGAI4序列设计特异引物,以陆地棉新陆早13号的基因组DNA为模板,用基因组步移法克隆了棉花DELLA蛋白基因GhGAI3和GhGAI4的启动子。对两个启动子进行序列分析表明,这两个启动子均具有真核生物典型的核心启动子区,同时也都具有一个或多个光响应元件和赤霉素响应元件,说明这两个基因可能受到光信号和赤霉素信号的调控,这与其它植物中DELLA蛋白的表达模式是一致的。此外,这两个启动子还具有各种转录调控相关的顺式作用元件,比如其它激素类的响应元件和逆境胁迫响应元件,说明棉花中DELLA蛋白基因可能在响应其它激素信号以及逆境胁迫中也起到一定的作用。     

细菌转座子Tn5转座机理的研究进展

细菌转座子Tn5属于IS4家族，两端具有两段倒置的IS50序列。右末端(IS50R)编码转座酶(Tnp)和一个阻遏转座蛋白(Inh)；左末端(IS50L)存在一个赭石突变，不能编码有功能的转座酶。Tn5属于非复制型转座子，被广泛应用于发现新基因、分析基因功能和构建突变体库。但是在相当长的一个时期里，人们对其转座机理、转座热点等问题并不完全清楚。随着在体外具有活性的转座酶Tnp EK／LP(同时含有E54K和L372P两个突变点)的成功构建，以及对Tnp催化中心三维结构的深入研究，近几年对Tn5的转座机理才有了深刻了解。本文综述了Tn5的转座机制、Tnp结构、DDE模体和转座频率调控等研究的最新进展。     

印度芥菜(Brassica juncea L.)重金属耐性机理研究进展

印度芥菜可富集/忍耐Cd、Zn 等多种重金属, 是研究植物修复技术的一种模式植物。高浓度的重金属离子会改变植物的基因表达、细胞形态、细胞结构, 最终使植物生长受抑, 甚至死亡。印度芥菜高效的抗氧化系统、损伤修复系统以及对重金属的螯合、区域化可部分解除重金属的毒性, 缓解重金属离子的毒害作用。利用基因工程技术在印度芥菜中导入重金属耐性及运输相关基因可大幅度提高其重金属富集能力, 在重金属污染修复方面具有广阔的应用前景。     

植物转座元件及其分子标记的研究进展

转座元件是基因组中可移动的DNA分子，在真核生物的基因和基因组进化中起着重要的作用。植物的转座元件分为反转录转座子和DNA转座子两大类，其中，反转录转座子又分为长末端重复序列(LTR)反转录转座子和非LTR反转录转座子两个亚类，而DNA转座子分为自主元件、非自主元件和微型反向重复转座元件(MITE)三种类型。基于植物转座元件的分子标记目前主要有序列特异扩增多态性(S-SAP)、MITE显示、转座子显示(TD)、MITE位点间多态性(IMP)、反转录转座子位点(IRAP)、反转录转座子-微卫星扩增多态性(REMAP)和基于反转录转座子插入多态性(RBIP)。综述了这些分子标记技术的原理及其在生物遗传多样性与系统进化分析、基因作图、品种鉴定等方面的应用。     

叶面喷施尿素对葡萄氮代谢相关基因表达的影响

本研究利用VitisEST数据库中EST序列片段结合RT-PCR方法克隆了与氮代谢相关的硝酸盐还原酶（NR）,亚硝酸还原酶（NiR）,谷氨酰胺合成酶（GS）,谷氨酸脱氢酶（GDH）和天冬酰胺合成酶（AS）的基因,并对它们进行亚细胞定位分析。同时,采用半定量RT-PCR和荧光定量PCR法研究葡萄叶面喷施不同浓度尿素后5个基因的表达变化。结果表明,5个基因在葡萄幼叶中的表达水平显著高于老叶,说明叶面喷施尿素以喷布到幼叶对5个基因的表达水平影响显著;5个基因在不同时间段的表达水平差异不一致,但表达水平均高于对照,以0.3%和0.5%浓度的尿素对其影响明显;适当提高尿素水平既能提高氮代谢基因的表达水平,又能提高果实大小等果实指标,使其达到同步增加。喷施尿素6 h后,GS的表达量上升幅度明显高于其它基因,而NR在喷施尿素后48 h内一直保持着比较高的表达水平;NiR、AS表达量的变化趋势分别与NR、GS相一致,并且NR﹥NiR,GS﹥AS。     

鹰嘴豆α-淀粉酶抑制剂基因CL-AI的原核表达、纯化及生物学特性

为研究鹰嘴豆种子中新贮藏蛋白类型α-淀粉酶抑制剂CL-AI的抑制活性、生物活性以及三级结构,本研究利用前期克隆的α-淀粉酶抑制剂基因CL-AI及其2个亚基CL-AI-α、CL-AI-β分别构建原核表达载体p E-SUMO3,经诱导表达获得了CL-AI、CL-AI-α的可溶性融合蛋白和CL-AI-β包涵体融合蛋白,其中CL-AI-β通过构建含不同标签的表达载体,最终实现了可溶性表达。人唾液淀粉酶(HSA)抑制活性试验结果表明,CL-AI,CL-AI-α,CL-AI-β3个蛋白对HAS都有一定的抑制作用。发芽试验表明,CL-AI蛋白对小麦、玉米、水稻种子发芽过程中的发芽势、根长和芽长影响显著,与加入无菌水的处理相比,种子的简化活力指数显著下降。本研究结果为CL-AI蛋白的后续研究与应用奠定了基础。     

果梅NAC基因家族的鉴定及组织表达分析

为挖掘果梅中NAC基因成员,探讨其组织表达特异性,本研究采用生物信息学方法鉴定了果梅NAC基因家族,并对其理化性质、染色体分布、亚细胞定位、保守基序、蛋白结构和亚族分类进行预测分析。结果表明,果梅NAC基因家族包含106个NAC基因成员,根据系统发育特征将其分为12个亚族。PmNAC基因在果梅的8条染色体上呈现不均匀分布,多编码酸性氨基酸;大部分NAC蛋白为亲水蛋白,其二级结构多以无规则卷曲为主要构成元件,且三级结构相似;亚细胞定位预测显示,果梅NAC蛋白为典型的核蛋白。选取12个NAC基因家族成员,利用实时荧光定量PCR技术进行组织表达分析,结果表明,12个果梅NAC基因在不同组织中均有表达,但表达差异明显。其中3个基因(PmNAC54、PmNAC32、PmNAC68)在果皮中表达最高,4个基因(PmNAC60、PmNAC95、PmNAC51、PmNAC2)在果肉中表达最高,3个基因(PmNAC31、PmNAC62、PmNAC48)在嫩茎中表达最高,其余2个基因(PmNAC61和PmNAC71)分别在果胚和花芽中具有最高的表达,表达特征的差异表明它们可能具有不同的生物学功能。本研究结果为果梅NAC蛋白的进一步功能分析奠定了一定的理论基础。     

根瘤菌结瘤基因的表达调控研究概况

根瘤菌结瘤基因的表达调控在根瘤菌与植物的共生结瘤过程中起着十分重要的作用。随着研究的深入,发现根瘤菌的结瘤过程不仅与根瘤菌结瘤基因表达调控有关,而且与寄主植物的信号分子如黄酮类物质有关。根瘤菌结瘤基因的表达调控有一个复杂的过程,本文将简要地介绍这方面的研究成果。     

Using linear-bilinear models for studying gene expression × treatment interaction in microarray experiments

In microarray experiments, the global and the specific gene expression in the two-way table of gene x treatments (or tissues) can be studied using linear-bilinear models that incorporate the main effects of genes (G), treatment (T), and gene x treatment interaction (G x T). The plot of the first two axes obtained from the singular value decomposition of the bilinear (multiplicative) term of these models (biplot) facilitates the interpretation of the gene expression patterns. In this study, two microarray datasets were used to illustrate how two linear-bilinear models, the additive main effect and multiplicative interaction (AMMI) and the treatment regression model (TREG) and their biplots can be used to determine the overall gene expression pattern across treatments (or tissues) and for specific treatments. Dataset 1 had 5,339 genes and the objective was to identify genes with modified expression during maize (Zea mays) seed development in response to different parental ploidy levels. In Dataset 2, the aim was to study gene expression in 15 tissue samples with different levels of development of breast cancer when compared with the expression of the genes in noninfected tissues. The results from the analyses of Dataset 1 showed that the biplots of the AMMI and TREG models allow identification of subsets of genes and treatments with noncrossover G x T interaction or with important levels of crossover G x T. Results from Dataset 2 showed that the TREG model and its biplot facilitates the identification of genes with high expression in all tumor cells. Also, the TREG biplots allowed identification of subsets of genes with a low level of gene x tissue crossover interaction.     

基因表达系列分析技术及其在植物抗病性研究中的应用

基因表达系列分析(SAGE)技术不仅能够全面地分析特定组织或细胞内表达的基因，还可以比较不同组织在不同时间、空间条件下基因表达的差异，从而发现新基因。SAGE技术在植物抗病性研究中的应用近几年发展很快。综述介绍了SAGE技术的原理、特点、实验方案、技术发展与演变。